Способ выплавки сталей

 

Союз Советскнк

Социалиатнчесннк

Республик (и>734293 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 151277 (21) 2554608/22-02 (51)М, Кл.2 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

С 21 С 5/52

Государственный «омнтет

СССР по делам нзобретеннй н отнрытнй

ОпУбликовано 15Q58Q. 8 оллетень М 18

Дата on бликования описания 1705.80 (53) УДЫ 669, 187. ,25 (088.8) B,È. Коротков, B,,Ô„Ñ÷ìöîH, В.П, Старозик „М„И. Некрытый, В,Н. Скворцов, И,Л, Межрицкий и,!.,И, Малибога (72) Авторы изобретения (71) 3 а я в и тел ь

Ворошиловградский машиностроительный институт (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к металлургии и литейному производству; оно может быть применено при получении качественных стаей, например шарикоподшипниковых сталей, идущих на производство валов, зубчатых колес, электротехнических сталей, т,е. тех марок сталей, в которых высокой содержание неметаллических включений, газов и вредных примесей резко отрицательно сказывается на их служебных характеристиках, Изобретение может быть также использовано при производстве углеродистых сталей с целью повышения их качества и сокращения окислительного периода плавки.

Известен способ выплавки низкоуглеродистой стали в дуговых печах (1), по которому наряду. с другими операциями производят продувку ванны кислородом через сводовые фурмы и аргоном через трубки,пропускаемые через рабочее окно печи, При этом газы вводятся в металл струей,. образуются крупные газовые пузыри, поверхность которых на еди.ницу объема вдуваемых, газов мала, т,е, условия для окисления примесей кислоролом и для рафинирования стали аргоном не соответствуют оптимальным; эффективность использования продуваемых газов ниже, чем она может бы гь при продувании стали газами в виде мелких пузырьков, Известен также способ введения газообразного агента в ванну с расплавленным металлом (2), по которому газ в ванну жидкого металла вводят в виде пузырьков через отверстия с числом Рейнольдса более

10000 и так, чтобы путь пузырьков в жидком металле был достаточным для прохождения реакций между ними и компонентами жидкого металла но меньше, чем необходимо для достйжения стенок сосуда с жидким металлом„

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту являются устройство и способ (3), согласно которому в ванну жидкой стали вдувают следующие реагенты: кислород, кислородсодержащие и инертные газы, флюсы, десульфурато- ры„ элементы, способствующие понижению вязкости шлака, легирующие элементы, раскислители, Реагенты

734293 адуввются в ванну жидкой стали струями через фурми, Каждая иэ фурм состоит иэ двух концентрических труб, по большей иэ которих вдувается защитный гаэ, предотвращающий подгораиие концов фурм, выходящих внутрь ванны. Две фурми проходят через футеровку печи на уровне откосов ванны радиально под углом.

11 к поверхности металла и под углом 120 одна к другой; две другие фурмы обеспечивают вдувание реагентов струями, касательными к горячей зоне ванны„ третья группа фурм, смонтированных на подине печи, обеспечивает ввод реагентов снизу вверх через жидкую сталь струями, оси которых составляют некоторый угол с вертикальной осью ванны.Вдувание кислорода и кислородсодержащих газов обеспечивает сокращение окислительного периода плавки (повышает произ водительность), дох<игание СО до СО с выделением дополнительного колйчества тепла, перемеши вание ванны вихревыми потоками .

Вдувание инертных газов уменьшает угар легирующих элементов, способствует повышению качества металла, выплавленного иэ скрапа.

Недостатки данного способа продувки- следующие: продувка с постоянными интенсивностями приводит к возникновению и существованию в ванне установившихся замкнутых потоков жидкой стали и застройных зон, а это не наилучшие условия для рафинирования; при продувке струями реакционная поверхность единицы объема вдуваемого газа мала (значительно ниже, чем при вводе через пористые огнеупорные материалы), т.е. окислительная способность кислородсодержащих газов в данном случае используется не полностью; образуется малое число крупных гаэовых пузырей; вследствие чего ухудшаются условия диффузии в них растворенных в стали газов и флотации неметаллических включений в шлак; вдувание газов струей вследствие ее значительной энергии может привести к разрушению шлакового покрова, защищающего металл от атмосферы печи, к повторному окислению и насыщению другими газами стали уже после раскисления и продувки инертными газами (и во время продувки ими, если они вдуваются струей),а также может происходить эмульгирование шлака, втягивание его мелких частиц в толщу металла,где онй могут задержаться вплоть до выпуска, т.е. загрязнение ими гото.вой сталин ввиду того, что фурми расположены ниже уровня жидкого ме. талла, он может залить их и вывести из строя, если прекратить продувку ванны, содержащей жидкий металл, и поэтому продувку необходимо производить в течение всего периода пребывания металла в ванне, если даже по требованиям окисления, перемешивания или рафинирования продувку уже можно или даже необходимо прекратить, а это приводит к повышению расхода газа; интенсивность продувки должна быть выше определенного уровня, при котором происходит затекание жидкого металла в фурье, и величина этой интенсивности может не соответствовать оптимальной для проведения технологических процессов в ванне с помощью продувки (окисление при15 месей, перемешивание, рафинирование); даже незначительное по времени прекращение подачи газа в фурму или снижение его давления в подводящей магистрали может привести к

Щ попаданию жидкого металла в фурмы, выводу их иэ строя и созданию на печи аварийной ситуации.

Белью изобретения является повышение рафинирующего эффекта продувки, Бель достигается тем, что продувку осуществляют с периодически йзменяющимися интенсивностями через два или несколько устройств ввода газа в виде мелких пузырьков, например через откосы футеровки печи, выполненные иэ пористых огнеупоров с высокой газопроницаемостью, причем интенсивности ввода газа через каждое из устройств изменяются по одному закону со сдвигом по фазе на часть периода, величина которой обратна количеству устройств ввода газа, Продувку осуществляют в течение периодов длительностью 58-62

40 каждый, причем максимальная интен- сивность ввода газа зависит от веса жидкой ванны и должна обеспечить эа все время продувки введение в сталь 0,805-0,954 нм углекислого газа на 1 т стали, Пример. Производят загруз — ку печи твердой шихтой, расплавление, прогрев жидкой стали, окисление примесей стали подачей в печь железной руды, После снижения содержания углерода в стали до уровня, который на 0,05-0,07Ъ выше,чем необходимо иметь в конце окислительного периода для данной марки стали, производят продувку жидкой стали с периодически изменяющимися интенсивностями ввода газа в сталь.

Длительность периода 58-62 с; количество периодов 8; расход газа на тонну металла;0,805-0,954нм3.После окончания продувки сталь раскисляют. ферросилицием и ферромарганцем,легируют (если это необходимо) и выпускают в ковш, где раскисляют алюминием.

На фиг. 1 показана печь для реау5 лиэации предлагаемого способа; на

734293 фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 — разрез A-A на фиг. 2; на фиг, 4 - режим изменения интенсивности ввода газа во времени.

Гаэ в ванну 1 жидкой стали вводят одновременно через два участка

2 футеровки откосов печи, расположенные симметрично относительно летки, выполненные иэ пористых огне упорных. материалов, обладающих высокой газопроницаемостью (см.табл.1)

Для печи ДСИ-3A при весе жидкой

Таблица 1 л/см2 ч, при давлении ти

Состав смеси

3 0,4

0 5 1,0 1,5

95Ъ кварцевого песка; 5Ъ жидкого стекла

17 15 26 с 75 33 82

39, 74 46, 2 73, 18 100, 48

88Ъ кварцевого песка: 7Ъ (по объему) древесных опилок; 5Ъ жидкого стекла

30,7 39r69 46,86 52,70 59r3 86,30 113,55

Изменение интенсивностей ввода газа для обеспечения нужного режима продувки (см. фиг. 4) производят одновременным (в определенном. темпе) открытием вентиля на одном трубо« проводе (увеличивается с ) и закрытием вентиля на другом трубопроводе (уменьшаетсяс1„); по достижении максимальной интенсивности С) =Я,, „=

0,55 нм /мин и минимальной интемсивности Q = 0 производят открытие

1 (в том же темпе) вентиля на втором трубопроводе и закрытие вентиля на первом трубопроводе. О необходимой максимальной интенсивности судят по достижении необходимого давления газа в трубопроводах, которое измеряется с помощью установленных на них манометров, Интенсивности ввода газа определяются по заранее

40

Отличие от непродутой стали, Ъ

Отличие от сравниваемого, Ъ

Способ выплавки

Характеристики стали

Марка стали предла- извест- без прогаеьый ный дувки:

55,0

13,3

5,96

3,11

2,68

15Л

59,3

40Л

2 752 Зю32 6t77

2, 743

40ГЛ

48, 22

20, 34

17,34

23, 42

58

15Л

50,1

40Л

58

47,0

40ГЛ

Индекс з агрязненности стали немет аллическими включениями

3 HS ° 10

Снижение содержания водорода в стали в результате проведения операции продувки аН, Ъ стали 5 т максимальная интенсивность, ввода газа 0,55 нм Э/мин.

На фиг, 4 даны следующие обозна чения: и с — интенсивности ввода газа через йервое и второе устройства газоподвода, нмэ/мин. с „=0,55 нм /мин †.максимальная интейсивность ввода газа в жидкую сталь; р- время, мин. установленной их зависимости от давления газа по показаниям манометров и газовых счетчиков за контрольное время.

Способ выплавки стали апро,бира». ван на трех марках стали: 15Л, 40Л, 40ГЛ.

В табл. 2 приведены результаты испытаний, указанных сталей, выплавленных тремя способами: предлагаемым, известным и без применения продувки. В качестве показателей . сталей, выплавленных беэ продувки, взяты средние по трем плавкам, наиболее близким по химическому соста» ву к экспериментальным плавкам и выплавленным в период, непосредственно предшествующий экспериментам, по испытанию данíor о способа. Таблица 2

3,318 6,881 16,9 60,1

734293

Продолжение табл.

13, 1

Тенденция к повышению

Предел! прочности 9@,кг/мм

40Л

69

10,7

40ГЛ

84

15Л"

Предел текучести

G ., кг/ мм

40Л

2,44

40 ГЛ

70

4,28

15Л

Относительное удлинение %

40Л

14

40ГЛ

Магнитная индукция В,Т, при на, пряженности магнитного поля

Н 6000 А/м

40Л

40ГЛ

1,3

15Л

1,63 1,51

7,96

25,4 сталь 15Л применяется для отливки деталей магнитопроводов электромагнитных железоотделителей, ее рабочей характеристикой является магнитная иядукцня, детали не подвержены значительным механическим нагрузкам, н поэтому механические показатели стали 15Л не определяют ее качества и в таблице не приводятся. в качестве магнитопроводов используются детали лишь из стали 15Л, поэтому магнитным испытаниям стали.40Л и 40ГЛ не подвергаются.

Примечание:

Формула изобретения

Вследствие введения; в процесс плавки операции продувка уменьшается на 55% брак по газовым раковинам пори стости р трещинам, Преимущества предлагаемого способа следующие: вследствие улучшения магнитных свойств стали 15Л, выплавленной описываемым способом, увеличивает ся на 7-12% извлекающая способность электромагнитных сепараторов с магнитопроводами Hs продутой стали< по сравнению с сепараторами, магнитопроводы которых изготовлены иэ непродутой стали, причем экономический эффект от увеличения извлекающей .способности сепараторов зависит от вида сепарируемого материала, содержания в нем ферромагнитных включений, стоимости материала ферромагнитных включений вследствие снижения содержания в стали 40ГЛ, которая служит мате.риалом литых зубчатых колес, неметаллических включений и водорода увеличивается срок службы зубчатых

45 колес редукторов, что подтверждается наблюдениями за эксплуатируемыми редукторами в течении длитель. ного времени (3-5 лет) .

Операция продувка в предла-. гаемом способе является частью окислительного периода, поэтому длительность плавки не увеличивается.

Способ выплавки сталей, включающий загрузку шихты, ее расплавлением окисление примесей добавками железной руды, рафинирование продувgy кой жидкой ванны в конце окиспитеяьного периода углекислым газом, рас» кисление и выпуск, о т л и ч а ю - щ и Я с я тем, что, с целью повышения рафинирующего эффекта, продувку металла газом осуществляют через

734293

f 2 .7 Ф Х б 7

РиИ

Составитель A. Щербаков

Редактор Н. Корченко Техред М. Петко Корректор B Синицкая

Заказ 2008/36 Тираж 608 Подписное

IIHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 филиал ППП Патент, г, Ужгород ул. Проектная, 4

9 откосы футероэки печи, периодически изменяя интенсивность по откосам с длительностью порядка 58-62 с и расходом 0,805-0,954 нм газа на

1 т металла, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

М 298213, кл. С 21 С 5/52, 1971.

2, Патент Великобритании

Р 1403544, кл. С 7 D 1963, 3. Патент CXtlA Р 3902889, кл. 75-12, 1973 {прототип),